Alkalmas általános módú és differenciális interferencia-elnyomásra, X2Y kondenzátorokkal jobb

2006. november 15., 14:37 | Dr. Rob Derksen és Bart Bouma

Az X2Y kondenzátoroknak nagy előnye van a nagyfrekvenciás áramkörökben, hogy alacsony, ekvivalens soros ellenállásuk van (ESR, Equivalent Series Resistance) és induktivitási értéke körülbelül 50 pH. Ezért kevésbé érzékenyek az elektromágneses interferenciára (EMI), és alkalmasak mind a közös módú, mind a differenciális interferencia elnyomására a jelvezeték-szűrő áramkörökben.

Alkalmas közös módú és differenciális interferencia-elnyomásra

A fedélzeti interferenciát általában hatékonyan visszafogják a készülék házának árnyékolásával. Másrészről a be- és kifelé vezető vonalak gyenge pontok, mivel antennákként működnek, amikor a közös módú interferenciát (úgynevezett közös módú interferencia, CM) fogadják vagy továbbítják. Ezt az áramellátáson és adatkábeleken keresztüli kóbor induktivitás vagy kóbor kapacitás okozta interferenciát általában úgy lehet csillapítani, hogy a ferrit gyöngyöket a vonal fölé tolják a vezeték egyik vagy mindkét végén. Csillapítják a nagyfrekvenciás terjedést abban a pontban, ahol a vonal felett helyezkednek el, mert ott nagy ellenállású utat képviselnek a nagyfrekvenciás interferenciára. Az induktív komponensek áramköröket építenek, amelyek a ferritmagban lévő energiát hővé alakítják, és így akadályozza meg a kábel mentén való elterjedését. A ferrit gyöngyök megakadályozzák az elektromágneses interferencia kibocsátását a tápvezetéken, és védik az adatvezeték sugárzási interferenciáját.

A ferrit gyöngyök meglehetősen hatékonyan és könnyen küzdenek az ilyen problémák ellen (bár az elérhető zajcsökkentés korlátozott); ezek azonban meglehetősen drága megoldás, mert a gyártás során további lépésre van szükség. Jobb gyakorlat, ha elnyomja a zajot az áramköri lapon. Ehhez azonban elengedhetetlenek az alacsony induktivitású alkatrészek - különösen a kondenzátorok, amelyek mentesítik a kritikus áramkör részeit interferenciafeszültségektől és egyéb nagyfrekvenciás hatásoktól.

A kerámia SMD többrétegű kondenzátorok (MLCC) hasznosnak bizonyulnak, ha a szétkapcsolási teljesítmény javításával távol akarják tartani az interferenciát. Ez vonatkozik a Yageo Phycomp márka MLCC-jére is, amelyek alacsony induktivitásukkal még hatékonyabban tudják elnyomni az interferenciát. A lehető legközelebb vannak csatlakoztatva a mikroprocesszorhoz, és korlátozzák az interferenciát olyan áramkörökben, amelyek feldolgozási és órajele legfeljebb 1 GHz.

Ezen frekvencia felett az áramköri tervezők csak akkor lesznek sikeresek, ha minden parazita induktivitást és ellenállást a lehető legkisebb mértékben tartanak a kritikus áramköri blokkokon. Ez akkor vonatkozik, ha csökkenteni kívánja az áramellátás és az adatvezetékek interferenciáját, az alacsony induktivitású MLCC-k esetében is, amelyeket szintén össze kell kapcsolni az X és Y kondenzátorokkal, amelyeknek rendkívül alacsony az induktivitása. A múltban ezek különálló elemek voltak - integrációjukban azonban óriási előrelépés történt. Ez különösen vonatkozik az X2Y szuppresszor szabadalmaztatott találmányára, amelyet a Yageo az X2Y terméksorozatban használ. Az egyes alkatrészek egy kis, négy csapos SMD házba vannak beépítve, rendkívül alacsony induktivitással és jól kiegyensúlyozottak. 50 pH induktivitással feleslegessé teszik a ferritgyöngyöket - ez tízszer alacsonyabb, mint a legjobb diszkrét MLCC-oldatok esetében. Ezenkívül tipikusan 30–40 dB közötti interferencia-elnyomást okoznak az 1–10 GHz tartományban.

Az árnyékoló elektródák elnyomják a parazita komponenseket

Az X2Y felépítése egy standard SMD kondenzátoron alapszik, két elektródával (A és B, 1. ábra). A kondenzátor testének két ellentétes oldali csatlakozásához (G1 és G2) csatlakoztatott három árnyékoló elektróda veszi körül az A/B elektródákat. Ez négy kapcsolattal rendelkező IPD-t (Integrated Passive Device) hoz létre. Az árnyékoló elektródák árnyékolják az elektrosztatikus mezőket és elnyomják az A/B elektródák által általában kibocsátott parazita energiát.

Árnyékoló elektródaikkal együtt az A/B elektródák egy szimmetrikusan kiegyensúlyozott „Y kondenzátort” alkotnak, amelyek úgy működnek, mint két standard földhöz kapcsolt MLCC. Ugyanez a két elektróda egy „X kondenzátort” is képez a közös középelektród felett - innen ered az „X2Y” elnevezés (2. ábra). Minden Y kondenzátor kapacitása C, X ennek megfelelően C/2. A szokásos kondenzátorokhoz hasonlóan a magszerkezet ismétlődése növeli a kapacitást.

1. ábra. Az X2Y felépítés egy standard SMD kondenzátoron alapszik, két elektródával (A és B). Három összekapcsolt képernyőelektróda, amelyek a kondenzátum két ellentétes oldali csatlakozásához (G1 és G2) vannak csatlakoztatva

Hagyományos kondenzátorokkal, kétrétegű szabványos nyomtatott áramköri lapokon, földeléssel (földelés, gnd) és feszültségszinttel (teljesítmény, pwr), nagy áramkörökkel és emiatt nagy induktivitással [1]. Az X2Y-ben az A/B elektródák mind a pwr-hez, míg a G1/G2 az gnd-hez kapcsolódnak. Ily módon az árnyékoló elektródák párhuzamosan meghosszabbítják az áramköri kártya gnd-jét - az áramhurkot és ezért az induktivitást is kizárólag a dielektromos réteg vastagsága határozza meg. Az árnyékoló elektródák még tovább csökkentik az induktivitást azáltal, hogy lehetővé teszik a mágneses mezők ellensúlyozását; mégpedig azzal, hogy az A és B áramlatokon átmenő X2Y áramok ellentétes irányban áramlanak, és a két mágneses mező kioltja egymást.

A gyártási folyamat hasonló az MLCC-khez alkalmazotthoz; vagyis szorosan elhelyezkedő, belső rétegekkel. Ennek eredményeként a két Y kondenzátor szinte azonos értékekkel rendelkezik (szükség esetén 1% alatti eltéréssel is). Az alkatrészeket standard EIA méretekben (0603/0805/1206/1210/1812) szállítják, Y kapacitási értékekkel 10 pF-tól néhány µF-ig és 10-től 100 V-ig.

2. ábra: Az X2Y függvényblokkjainak bal felső, jobb oldali nézete.